家兔心血管活动的神经体液调节

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目录

1. 实验原理与基础知识
2. 实验目的
3. 实验对象与器材
4. 关键实验技术
5. 实验过程：麻醉与插管前准备
6. 实验过程：动脉插管
7. 实验过程：血压调节实验
8. 注意事项
9. 常见问题
10. 思考题、参考与拓展内容

实验原理与基础知识

一. 血压调控总览

脊椎动物动脉血压的调节对维持内环境稳态极为重要。机体需要使血压保持相对稳定，避免短时间内的剧烈波动，而且必须在生理需求发生变化时调整血压以适应需求。哺乳动物的动脉血压受血容量、外周阻力和心输出量影响最大，对这三者的调节是动脉血压调节最重要的方式。短程、迅速的动脉血压调控机制主要针对外周阻力和心输出量，包括神经与体液机制两部分，其中神经机制包括交感神经系统与副交感神经系统对心血管活动的调节，速度较快；体液机制涉及肾上腺素等激素水平在短时间内的变化，速度稍慢于神经调节。长程血压调节则涉及更多生理过程与调控系统，如血压反馈调节系统的适应、肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）的长期变化等，可在特定条件下导致动物血压的平均值发生稳定的长期变化，与高血压等疾病的发生发展相关。

外周阻力与心输出量在一定范围内均与动脉血压成正相关，而这两者都在交感神经与副交感神经系统的调控之下，其中的副交感传出主要由迷走神经承担。外周小动脉的张力主要决定外周阻力，静脉张力主要影响回心血量，后者又与心率、心脏收缩力等共同影响心输出量。

二. 血压神经-激素调节的机理：化学信使与受体

如上所述，副交感神经与交感神经这两大自主神经系统在血压调控中起着极为重要的作用。参与血压调节的副交感神经主要是迷走神经中的传出纤维，向效应器官释放的神经递质主要为乙酰胆碱；交感神经则包括多对脊神经中的传出纤维，向效应器官释放的神经递质主要是去甲肾上腺素。此外，交感兴奋时，交感神经也可促使肾上腺向血液中释放去甲肾上腺素和肾上腺素，这些化学信使随即作为激素随血液循环作用于全身的效应器官。

血管平滑肌和心肌上分布有多种乙酰胆碱受体和肾上腺素受体，它们是这些化学信使产生生理效应的基础。乙酰胆碱受体分M型和N型，M型受体在血管与心肌上分布较多。M受体又可分出多种亚型，不同亚型的作用不尽相同，但总的来说，迷走神经激活对循环系统的作用是抑制性的，以扩血管、降心率、抑制心肌收缩力等为主，一般表现为降血压。

肾上腺素受体分α型与β型，又可分为α1、α2、β1、β2与β3五个亚型，其中α1和β2常见于血管平滑肌，β1是心肌上最主要的β受体。β1受体激活后起到兴奋心脏的作用，可以提高心率、增强心肌收缩力、增加心输出量；α1与β2的效应恰好相反，α1主要是缩血管作用，而β2则起到扩血管作用。在动物体内，α1和β2受体的分布有所不同，其中α1受体存在于多数内脏的血管平滑肌上，因此这些部位的血管在肾上腺素刺激下主要表现为收缩；β2受体在骨骼肌等特定的组织上占主导，这些部位的血管在肾上腺素刺激下则主要表现为扩张。这样的分布差别具有重要的生理意义：应激是触发交感神经激活的最重要因素，机体需要调节全身血量分布，优先将血液供给用于应对紧急情况的器官组织（如骨骼肌，是动物迅速作出行动所必需），而减少相对不必要的器官组织（如消化道）的供血量。肾上腺素本身对α受体和β受体都有一定的亲和力，总的来说，注射肾上腺素后升血压作用最明显，也常可以观察到血压恢复过程中先降至比注射前更低再逐渐恢复，这是其扩血管作用的显露。

三. 血压调节的反馈环路

生理需求大致不变时，动脉血压的相对稳定依赖于多种血压调节的反馈环路，存在于颈动脉窦与主动脉弓中的机械感受器在其中有着重要的作用。颈动脉窦是颈内动脉起始处的膨大部分，位处颈内动脉与颈外动脉分岔处上方，该段血管壁中存在对压力高度敏感的神经纤维，经舌咽神经的分支颈动脉窦神经传入中枢；主动脉弓管壁中的压力敏感传入纤维则通过迷走神经的分支减压神经传入中枢。当动脉血压升高时，压力感受传入纤维的放电频率上升，使得中枢作出反应，降低血压，令血压恢复正常值，反之亦然。颈动脉窦或主动脉弓的机械感受器受到的压力升高引发动脉血压降低是一个反射，称为降压反射。

在本实验使用的家兔中，减压神经具有一条独立的神经干，在颈部与迷走神经分开走行，便于研究减压反射。顺带一提，在人体中，主动脉弓的压力敏感传入纤维通过迷走神经在心脏的分支间接或直接加入迷走神经干，在颈部并不存在独立的减压神经。

实验目的

• 学习哺乳动物气管插管、动脉插管技术
• 观察记录心血管活动的神经体液性调节
• 学习哺乳动物动脉血压的直接测定方法

实验对象与器材

• 家兔（Oryctolagus cuniculus domesticus）
• 0.9%生理盐水，20％乌拉坦（氨基甲酸乙酯），125U/mL肝素，台氏液（蒂罗德液），1:10000肾上腺素，过饱和KCl
• 动物体重秤，兔手术台，兔保定器，哺乳动物手术器械，RM6240E型多道生理信号采集处理系统，铁支架，双凹夹，动脉插管，注射器，棉线，纱布，棉花，防抓咬手套
• 压力换能器，动脉夹，止血钳，气管插管，保护电极，刺激线

注意：如果实际使用药物浓度与上不同，按照实际浓度记录。

关键实验技术

• 家兔的抓取、麻醉与固定
• 家兔耳缘静脉注射技术
• 气管插管技术
• 动脉插管技术
• 颈部主要神经的辨认与分离

实验前准备：动物麻醉与插管准备

如此前实验所述将动物麻醉，背位固定于恒温手术台上，作颈部切口，分离气管，并行气管插管。

气管插管并非本实验所必需，但为确保动物呼吸通畅仍建议做。

在气管两侧辨别并分离颈总动脉、迷走神经、交感神经、减压神经，在右侧迷走神经、减压神经和颈总动脉下方穿湿润棉线备用。分离时特别注意不要过度牵拉，避免用金属器具触碰神经，并随时用台氏液润湿。左侧颈总动脉下方穿两条线备用。

颈总动脉与迷走神经相对好找，交感神经和减压神经较细小，且相对位置可能与预期不符。最好在所有疑似神经的结构上穿线备用，留待动脉插管后，对神经行刺激，通过血压的变化判断神经的属性。

将压力换能器的一侧支管通过输液管连接动脉插管。将换能器固定于铁支架上，用装有20mL 125U/mL肝素的注射器向另一侧支管内推注，使整个液导系统充满液体后，用止血钳夹住推注肝素端的侧支管。数据线与记录系统1通道相连。注意，液导系统内不可有气泡。

实验前准备：动脉插管

在左侧颈总动脉的近心端夹一个动脉夹，并在动脉夹远心端距动脉夹约3cm处结扎。用眼科剪在结扎线与动脉夹之间沿向心方向剪一个楔形切口（约占管径的1/3~1/2），向心脏方向插入与压力换能器相连的动脉插管，由备用的线结扎固定。小心松开动脉夹，即可见血液冲进动脉插管。

这是本实验的一大难点。关于动脉插管的常见问题，请参见常见问题一节。

实验9 各因素对家兔动脉血压的影响

一. 正常血压记录

将压力换能器固定在铁支架上，高度与心脏在同一水平面上，换能器信号输出端与记录系统1通道相连。打开记录系统软件，选择“兔动脉血压调节”实验，记录正常血压曲线。辨认血压波的一级波和二级波，有时可见三级波。

一级波是频率最高的波，代表动脉血压随心脏舒缩的变化；二级波频率稍低，表现为一级波位置（可以用每个波的中点代表）中等频率的规律振荡，一般是呼吸所致；三级波频率最低，表现为整体记录位置的长程、低频位移或振荡，一般是记录中的额外扰动或刺激所致。

二. 实验环节

【重要提示】每次实验前都应记录一段正常血压曲线，作为对照。

• 牵拉颈总动脉

  向下（向心方向）脉冲式牵拉插管侧（左侧）颈总动脉结扎线，观察记录血压变化。

  此处建议拉紧结扎线，用手快速拨动，以达到理想的刺激频率。

• 夹闭颈总动脉

  用动脉夹夹闭右侧颈总动脉几分钟，观察血压的变化。出现变化后立即取下动脉夹，观察记录血压的恢复过程。

  注意不是夹闭插管一侧，而是对侧。

• 电刺激减压神经

  以中等强度连续刺激（约3~6V，20Hz）通过保护电极刺激右侧减压神经约15s，观察记录血压变化。出现变化后立即停止刺激，观察记录血压的恢复过程。然后双线截扎，中间剪断，以中等强度分别连续刺激其中枢端和外周端约15s，观察记录血压的变化。

  如果不清楚哪一条是减压神经，可先尝试刺激神经，如果血压显著下降，则说明刺激的神经就是减压神经。

• 电刺激迷走神经

  将右侧迷走神经进行双线截扎，中间剪断，分别用中等强度的连续刺激通过保护电极刺激迷走神经的中枢端和外周端各约15s，观察记录血压的变化。

• 肾上腺素

  取0.01%肾上腺素0.3mL（或取0.1%肾上腺素0.1mL），用生理盐水补足至1mL，经耳缘静脉注入动物体内，观察记录血压的变化。血压出现变化立即停止注射，记录实际注射剂量，并观察血压的变化和恢复。

如有时间，也可尝试找到内脏大神经，测试其对血压的影响。寻找神经的操作见上节最后的选做内容。

所有实验结束后，静脉注射过饱和KCl将动物处死。如果耳缘静脉已不可用，也可考虑直接从压力换能器的管路向动脉注入KCl。

注意事项

• 麻醉剂注射量要准，速度要慢，同时注意动物的变化，以免过量引起动物死亡。如果实验时间过长，动物苏醒挣扎，可适量补充麻醉剂。
• 注意保护神经不要过渡牵拉，并经常保持湿润。
• 压力换能器的位置应大致与动物心脏在同一水平面上。
• 在整个实验过程中，要保持动脉插管与动脉方向一致，防止刺破血管或引起压力传递障碍。
• 每项实验前要有观察对照，施加条件尽量与标记一致，避免混淆。
• 实验中注射药物较多，注意保护耳缘静脉。
• 注射每种试剂的注射器要专用，不可混用。

常见问题

通用问题（麻醉、解剖、找神经血管等）参见上节实验的常见问题一节。

一. 动脉插管相关问题

1. 作完切口之后插管插不进去，怎么办？

   动脉管壁弹性大，颈总动脉本身也很细，插管一次插不进去是正常现象。最好在插管时直接使管与动脉呈同一方向，这样相对便于插入，且后续实验本就需要保证管与动脉方向一致。插管时，一名实验人员用眼科镊提起切口下侧近心端的血管壁，另一手持插管小心对准眼科镊夹持部分的前方（远心端）尝试用力推入，如见有血管壁组织包覆插管口，可再将眼科镊夹持部位稍微提起，向斜下方顺血管方向缓慢逐渐推进插管。过程可能存在一定阻力，但通常而言，如果插管位置正确，插管可以顺利深入推进1.5~2.5cm。待插管足够深后，组内另一实验人员及时将动脉下方的备用线打上第一个结，然后再加第二个结以及动脉夹等加固。整个过程中，两名实验人员的配合非常重要。

   此外，遇到疑问咨询老师与助教总是合适的选择。

2. 怎么避免插管插进动脉管壁夹层？

   切口过小、插入插管时位置不当都可能造成插管误入夹层。一般而言在夹层中插管的阻力更大，不容易深入，如果插管难以深入，需考虑是否进入夹层，可以拔出再尝试插入。此外，插入夹层后插管内不会有血液进入，血液有可能将插管冲开发生大出血，因此任何情况下，建议放开远心端动脉夹时都小心放开，不要一下子拿掉，以防动脉插管处出现意外时无法止血。

3. 插管中没有血液进入或没有血液脉冲

   可能与插管进入夹层、内部发生凝血或液导系统内有气泡有关。前两者避免或应对方法见上文与下文。实验开始前应尽量避免液导系统内进入气泡，如果进入气泡较多以至于明显影响记录，可能需要更换插管再次操作。

4. 插管内部一直在凝血，如何处置？

   有时即使液导系统内充满肝素，插管内部也会发生凝血，严重影响记录质量。通常插管内部凝血的标志是：插管内血柱逐渐下降甚至不可视，血柱脉冲减弱，软件上血压曲线一级波波动幅度逐渐变缓甚至几乎消失。此时可向液导系统内补加肝素，等待一段时间后，一般一级波幅度可恢复正常。如果反复发生凝血，可反复补加肝素。目前不清楚凝血发生的诱导因素和预防方法；作者猜想小气泡进入液导系统可能是诱发因素之一，所以最好还是在插管时尽力避免气泡进入。

5. 检查了很多遍，插管没有问题，为什么记录不到曲线？

   最可能是软件或仪器本身的问题。重启记录软件和/或仪器再行实验，必要时更换设备。

二. 实验过程相关问题

1. 经典降压反射不涉及迷走神经的传入，为什么我看到刺激迷走神经中枢端也会降压？

   刺激迷走神经中枢端经常也能引发降压效应，考虑到家兔中经典降压反射的传入神经只涉及颈动脉窦神经（舌咽神经的分支）和减压神经（在兔中与迷走神经分开走行），这一现象似乎十分奇异。事实上，迷走神经当中的传入神经组分十分复杂，其中有一类传入纤维的末梢主要分布在心室的心内膜部分，可被一些化学物质激活，可能与伤害性感受相关。这类纤维兴奋时可引发一种主要起到心血管抑制作用的反射，称为Bezold–Jarisch反射，具体效应包括呼吸减弱、血压降低、心率减缓等。尽管目前证据还稍有不足，这个反射及其相关传入纤维的激活可能与这种降压现象有关，可以参考文末推荐阅读中的材料。

   迷走神经是非常复杂的神经，意料之外的实验现象就是研究它过程中的日常情况。篇幅所限，这里无法给出作者的所有猜想，如果各位查到了更多资料，产生了更多猜想，也请务必写进你的实验报告当中。

思考题、参考与拓展内容

一. 思考题

• 试设计其他测量血压的方法。
• 本次实验可以有何应用价值？

二. 参考与推荐阅读

1. 生理学实验指导.魏香、谢佐平、苏付荣，编著.清华大学出版社，2005.
2. 生理学实验指南. 项辉、龙天澄、周文良，主编.科学出版社，2008.
3. 生理学实验（第四版）.谢景田、刘燕强、崔庚寅，主编.高等教育出版社，2016.
4. 生理学（第二版）. 姚泰，主编. 北京：人民卫生出版社，2010.

迷走神经传入在血压调节中的作用-推荐阅读：

Campagna JA & Carter C. Clinical relevance of the Bezold-Jarisch reflex. Anesthesiology 98, 1250–1260 (2003). doi: 10.1097/00000542-200305000-00030 [在线阅读][查看PDF]

Lovelace JW et al. Vagal sensory neurons mediate the Bezold-Jarisch reflex and induce syncope. Nature 623, 387–396 (2023). doi: 10.1038/s41586-023-06680-7 [在线阅读][查看PDF]